基于51单片机设计的花房智能管理系统

王琪，李潼，张宇航，赵志非

（东南大学成贤学院，江苏南京，210000）

0 引言

互联网+，是目前国家大力发展的项目之一。加上目前农村人口不断涌入城市，互联网+农业势必成为未来农村生产的主力。而娇嫩的花卉，更加需要更严苛、更精准的生长环境，才能保证花卉的茁壮成长。通过土壤湿度传感器收集土壤湿度数值，经过单片机处理后发送至云端服务器，花卉管理员可通过手机查看数值并远程向水泵系统发送指令。智能花房系统相较传统花房的人工照料而言，节省了人力成本，提升了环境的稳定性，出更少的错，达到更好的生产指标。

1 花房智能管理系统的组成

花房智能管理系统通过湿度传感器测量花房的湿度，经过芯片处理后，将采得信息传送到控制系统(STC89C51)，并通过显示器显示测得值，并且因为不同种类的植物适宜湿度各不相同，所以需要添加控制系统来自动调节花房内湿度。因此花房智能管理系统的控制器采用STC89C51单片机，利用湿度传感器来检测花房内湿度，LCD显示屏为显示模块，并根据测得的湿度数据驱动继电器工作，让水泵进行抽水工作，自动调节湿度。系统总体框图如图1所示。

图1 系统总体框图

（1）湿度采集模块

湿度采集模块主要通过湿度传感器实时获取湿度数据,并将数据实时传送到app，同时在LCD显示模块进行显示。

（2）显示模块

显示模块主要功能是将湿度传感器传送的数据进行显示。

（3）WIFI传输模块

WIFI传输模块主要是将湿度传感器的数据传送到云端并通过app进行显示。

（4）报警模块

报警模块主要是当花房的湿度低于预期设定的极限值时，报警指示灯亮，蜂鸣器开始工作。

图2 硬件系统设计图

2 硬件系统设计

2.1 元器件的选择

(1)控制模块- STC89C51

51单片机原型由英特尔研发，现如今兼容Intel 8051指令系统的单片机都可称为51单片机。由于性能稳定，价格低廉等优点，令其称为应用最为广泛的单片机。尤其适合初学者入门。一个全双工UART（通用异步接收发送器）的串行I/O口，用于实现单片机之间或单片机与微机之间的串行通信，8004单片机取得了长足的进展，成为应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是ATMEL公司的AT89系列，广泛应用于工业测控系统之中。5片机是基础入门的一个单片机，还是应用最广泛的一种。需要注意的是51系列的单片机一般不具备自编程能力。

(2)温湿度传感器——SHTl0

SHTl0是Sensirion公司推出的一款温湿度集成传感器，电容式聚合体测湿元件与能隙式测温元件使得该传感器可同时测量温度和湿度，同时CMOS过程微加工技术使得该传感器具备非常高的可靠性和理想的长期稳定性。14位A／D转换器和2一wire数字接口使得此传感器抗干扰能力强，功耗低，速度快， 超小的体积以及理想的测量精度是我们选择该器件的重要原因。

（3）LCD显示——1602LCD

LCD1602是字符型液晶显示模块，专门用于显示字母、数字等点阵式LCD,它一共可以显示两行，每一行可以显示16个字符数据，其显示各个引脚说明如图表1所示。

表1 1602LCD各引脚

2.2 总体电路设计图

图3 设计电路图

3 软件设计

在设计电路中，单片机是整个嵌入式系统的控制器。本设计中，采用Keil5单片机软件开发环境对单片机进行编程，由于Keil软件支持模块化程序设计，因此把总模块分成若干个小模块单独编码，接着由编译器生成一个最终文件。该开发环境可以进行软件仿真验证，因此可以方便地对程序进行验证其逻辑性，验证代码无错误后下载到单片机。单片机在通电后，主程序完成初始化工作，运行后执行相应的操作，能够在LCD屏幕上显示出结果，便于调试系统。

（1）系统主流程图

图4 系统主流图

（2）仿真测试

实验仿真结果可以通过LCD进行显示，00%为当前时湿度值（未插入土壤中），60%为上阈值，15%为下阈值，一旦显示不在上下阈值内，蜂鸣器报警，水泵工作，调节土壤湿度。实验结果如图5所示，APP运行图如图6所示。

图5 仿真测试图

图6 APP演示图

4 总结

为了实现自动控制花房的湿度，我们使用51单片机设计了花房智能系统，包含了湿度传感器、WIFI云端、水泵控制总成、A/D转换模块及LCD显示，通过对智能花房的整合设计，使花房里大规模的花卉培育更加简便、精确和智能，推动了科技智能化，给花卉培育员带来的方便。